CN101276181B - 曝光装置及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种曝光装置，该曝光装置包括：多个光源；第一聚光单元，其设置成与各光源的发光表面接触，用于对从所述多个光源出射的光进行聚光；以及第二聚光单元，其对从所述第一聚光单元出射的来自各光源的光进行聚光，其中，所述第一聚光单元构造成：其出射来自所述光源的光的输出表面的曲率中心比所述光源的设置位置更靠近所述第二聚光单元侧。

Description

曝光装置及图像形成装置

技术领域

本发明涉及曝光装置和图像形成装置。

背景技术

作为诸如打印机和复印机等使用电子照相系统的图像形成装置中，已知这样一种设置有下述曝光装置的图像形成装置：该曝光装置使用直线布置的诸如LED等发光器件的发光器件阵列以及棒透镜阵列，该棒透镜阵列具有作为聚光器件的小径棒透镜。

由于棒透镜阵列的光出射面与图像侧焦点之间的距离短，因而将这种曝光装置设置在图像保持体附近。因此，为了更换图像保持体以及清洁棒透镜阵列的光出射面等，设置有用于将曝光装置从图像保持体间隔的机构。

例如，在JP-A-2001-175046(第4-5页)中，披露了构造为这样的图像形成装置：即，曝光装置能够移动到与作为图像保持体的感光鼓间隔预定距离的第一位置以及从第一位置退避的第二位置。

发明内容

本发明的目的是提供这样一种曝光装置：其不需要用于将曝光装置从图像保持体间隔的机构。

根据本发明的第一方面，提供一种曝光装置，包括：多个光源；第一聚光单元，其设置成与各光源的发光表面接触，用于对从所述多个光源出射的光进行聚光；以及第二聚光单元，其对从所述第一聚光单元出射的来自各光源的光进行聚光，其中，所述第一聚光单元构造成：其出射来自所述光源的光的输出表面的曲率中心比所述光源的设置位置更靠近所述第二聚光单元侧。

这里，所述第一聚光单元的物侧焦点相对于所述光源的设置位置可以位于所述第二聚光单元的相反侧(本发明的第二方面)。另外，所述第一聚光单元可以构造成：从所述输出表面以不大于所述第二聚光单元的孔径角的输出角出射的光被设定成具有不小于从所述光源出射的光的最大强度的1/2的强度(本发明的第三方面)。此外，所述曝光装置还可以包括遮蔽部件，所述遮蔽部件遮蔽从所述第一聚光单元以不小于所述第二聚光单元的孔径角的角度出射的光(本发明的第四方面)。另外，所述第一聚光单元可以由绝缘材料构成(本发明的第五方面)。

另外，所述第二聚光单元可以包括多个成直线排列的折射率分布型(梯度折射率)透镜部件，并且所述第二聚光单元可以设定成：来自于所述光源的从所述第一聚光单元出射到沿排列方向设置的四个或更多个所述折射率分布型透镜部件中的入射光受到限制(本发明的第六方面)。

根据本发明的第七方面，提供一种图像形成装置，包括：图像保持体；以及曝光单元，其对所述图像保持体进行曝光，其中，所述曝光单元包括：多个光源；第一聚光单元，其设置成与各光源的发光表面接触，用于对从所述多个光源出射的光进行聚光；以及第二聚光单元，其对从所述第一聚光单元出射的来自各光源的光进行聚光；其中，所述第一聚光单元构造成：其出射来自所述光源的光的输出表面的曲率中心比所述光源的设置位置更靠近所述第二聚光单元侧。

这里，所述第一聚光单元的物侧焦点相对于所述光源的设置位置可以位于所述第二聚光单元的相反侧(本发明的第八方面)。另外，所述曝光单元还可以包括遮蔽部件，所述遮蔽部件遮蔽从所述第一聚光单元以不小于所述第二聚光单元的孔径角的角度出射的光(本发明的第九方面)。

此外，所述图像保持体可以构造成：相对于所述第二聚光单元的光轴方向可在保持与所述曝光单元的间隔的状态下拆卸(本发明的第十方面)。

另外，所述图像形成装置还可以包括清洁部件，所述清洁部件设置在所述图像保持体与所述曝光单元之间，并且相对于所述第二聚光单元的光轴方向在不改变所述图像保持体与所述曝光单元之间的间隔的情况下，清洁所述第二聚光单元的输出表面(本发明的第十一方面)。

除此之外，所述曝光单元的所述光源可以包括：输入端，其输入来自电源的电力；输出端，其输出所输入的电力；以及控制端，其输入控制信号，所述控制信号用于从所述输出端输出所输入的电力；其中，所述光源与开关元件连接，所述开关元件在所述控制信号输入所述控制端时保持接通(on)状态，并将所述光源设定为可发光状态(本发明的第十二方面)。

根据本发明的第一方面，不需要用于将曝光装置从图像保持体间隔的机构。

另外，根据本发明的第二方面，与未采用本发明的情况相比，可以防止来自光源的入射到第二聚光单元的入射光量的降低。

另外，根据本发明的第三方面，与未采用本发明的情况相比，可以有效地使用从光源出射的光。

另外，根据本发明的第四方面，与未采用本发明的情况相比，可以防止由于串扰而导致图像不良的发生。

另外，根据本发明的第五方面，与未采用本发明的情况相比，可以防止由于电信号泄漏而导致图像不良的发生。

另外，根据本发明的第六方面，与未采用本发明的情况相比，可以降低在第二聚光单元中的折射率分布型透镜部件的排列方向上的出射光量中的色散。

根据本发明的第七方面，不需要用于将曝光装置从图像保持体间隔的机构。

另外，根据本发明的第八方面，与未采用本发明的情况相比，可以防止来自光源的入射到第二聚光单元的入射光量的降低。

另外，根据本发明的第九方面，与未采用本发明的情况相比，可以防止由于串扰而导致图像不良的发生。

另外，根据本发明的第十方面，与未采用本发明的情况相比，可以平稳地将图像保持体安装到图像形成装置上或将图像保持体从图像形成装置上拆卸。

另外，根据本发明的第十一方面，与未采用本发明的情况相比，可以容易地清洁第二聚光单元的光出射表面。

此外，根据本发明的第十二方面，除了不需要用于将曝光装置从图像保持体间隔的机构之外，还可以实现曝光装置的小型化，从而可以实现图像形成装置的小型化。

附图说明

下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是示出应用本示例性实施例的图像形成装置1的整体构造实例的视图；

图2是示出LED打印头(LPH)的构造的横截面图；

图3是示出LED电路板的平面图；

图4是示出SLED的视图；

图5是示出棒透镜阵列的焦点深度与MTF之间的关系的视图；

图6是示出感光体组件MOD设置在图像形成装置的主体上的状态的视图；

图7A和7B是比较来自LED的输出光入射到聚光透镜中的状态的视图；

图8A～8C是比较从聚光透镜的输出表面出射的光的光路的视图；

图9A和9B是示出入射到棒透镜阵列的入射光量的视图；

图10是示出以9°的入射角入射到棒透镜阵列的光在聚光透镜内的光路的视图；

图11示出在LED布置在比聚光透镜的物侧焦点更远离输出表面的位置的情况下将要从聚光透镜的输出表面出射的光的光路的视图；

图12是示出从LED出射的光的强度I与从LED出射的输出角γ之间的关系的视图；

图13是示出光阑的视图；

图14A是示出相对于光轴以±9°从聚光透镜的输出表面出射的来自LED的光的光路的视图；以及

图14B是示出来自LED的光不超出与位于LED的光轴上的棒透镜邻接的棒透镜所设置的范围的条件的视图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

图1是示出应用本示例性实施例的图像形成装置1的整体构造实例的视图。图1所示的图像形成装置1是所谓的串联式数字彩色打印机，并且该图像形成装置1设置有：图像形成处理单元10；控制单元30，其控制整个图像形成装置1的操作；图像处理单元35，其对从例如个人计算机(PC)3和图像读取装置4等外部设备接收的图像数据执行预定的图像处理；以及主电源70，其为各个单元提供电力。

图像形成处理单元10设置有四个图像形成单元11Y、11M、11C和11K(下面，将这些图像形成单元一般地称为“图像形成单元11”)。各图像形成单元11都设置有：感光鼓12，其作为生成静电潜像并且保持调色剂图像的图像保持体；充电装置13，其将感光鼓12的表面均匀充电为预定电位；LED打印头(LPH)14，其为曝光装置(或曝光单元)的实例，用于根据图像数据使由充电装置13充电后的感光鼓12曝光；显影单元15，其将形成于感光鼓12上的静电潜像显影；以及清洁器16，其清洁转印后的感光鼓12的表面。

另外，除了容纳在显影单元15中的调色剂之外，各图像形成单元11基本以相同的方式构造。此外，图像形成单元11Y、11M、11C和11K可以分别形成黄色(Y)、品红色(M)像、蓝绿色(青色)(C)和黑色(K)的调色剂图像。

此外，图像形成处理单元10设置有：中间转印带20，由各图像形成单元11的感光鼓12形成的各调色剂图像多重转印到该中间转印带20上；一次转印辊21，其将由各图像形成单元11形成的各调色剂图像顺次转印(或一次转印)到中间转印带20上；二次转印辊22，其将转印在中间转印带20上的调色剂图像一起转印(或二次转印)到作为记录材料(或记录纸)的纸张P上；以及定影装置50，其将二次转印的调色剂图像定影在纸张P上。

这里，各图像形成单元11形成为其中感光鼓12、充电装置13和清洁器16一体化而成的组件(下面称为“感光体组件MOD”)。另外，感光体组件MOD构造成可以安装到图像形成装置1上或者从图像形成装置1拆卸。感光体组件MOD依据寿命等可以进行更换。此外，感光体组件MOD可以采用通过只包括感光鼓12而形成的构造，或者采用上述构成元件与显影单元15一体化而形成的构造。换言之，如果上述构造包括其寿命比其它构成元件短的感光鼓12，那么感光体组件MOD也可以由任何构成元件的组合构成。然而，由于与感光体组件MOD一起同时更换具有较长的寿命的LPH14的构造是不经济的，因此根据本示例性实施例的图像形成装置1，LPH14与感光体组件MOD分别地构造。

在根据本示例性实施例的图像形成装置1中，图像形成处理单元10可以根据从控制单元30提供的各种控制信号执行图像形成操作。换言之，在控制单元30的控制下，图像处理单元35对从PC3和图像读取装置4输入的图像数据进行预定的图像处理，并将处理后的图像数据经由接口(未示出)提供给各图像形成单元11。然后，例如，在黑色(K)的图像形成单元11K中，在感光鼓12沿箭头A的方向旋转的同时，充电装置13将感光鼓12均匀充电为预定电位，接着，根据从图像处理单元35发送的图像数据LPH14发光，从而将感光鼓12曝光。因此，在感光鼓12上形成与黑色(K)图像有关的静电潜像，然后，显影单元15对形成于感光鼓12上的静电潜像进行显影，从而在感光鼓12上形成黑色(K)调色剂图像。同样地，分别在图像形成单元11Y、11M和11C中形成黄色(Y)、品红色(M)和蓝绿色(C)的各调色剂图像。

在一次转印辊21所设置的一次转印部分T1中，由各图像形成单元11形成的各种颜色的调色剂图像顺次静电吸附到沿箭头B方向循环移动的中间转印带20上。因此，在中间转印带20上形成各种颜色的调色剂图像叠加而成的合成调色剂图像。随着中间转印带20的运动，将形成于中间转印带20上的合成调色剂图像传送到二次转印辊22所设置的二次转印部分T2。另外，与调色剂图像传送到二次转印部分T2的定时相吻合，将纸张P从纸张保持部分40传送到二次转印部分T2。然后，在二次转印部分T2，利用由二次转印辊22所形成的转印电场将合成调色剂图像一起静电转印到纸张P上。

接着，其上静电转印有合成调色剂图像的纸张P从中间转印带20分离，接着由传送导向件23引导并被传送到定影装置50。在定影装置50中，合成调色剂图像受到利用热量和压力的定影处理而被定影。然后，定影后的纸张P被传送到设置在图像形成装置1的排出部分中的排纸堆叠单元45。

另一方面，在完成二次转印后，由带清洁器25从中间转印带20的表面除去在二次转印后附着在中间转印带20上的调色剂(即，转印残留调色剂)，为进行下一次图像形成循环作准备。

在图像形成装置1中，这种图像形成循环重复地执行与打印纸张的数量相等的次数。

接下来，图2是示出LED打印头(LPH)14的构造的横截面图。

在图2中，LPH14设置有：外壳61，其作为支撑体；自扫描型LED阵列(SLED)63；LED电路板62，其上安装有SLED63和驱动SLED63的信号生成电路100(参见后段的图3)等；聚光透镜64，其作为对从SLED63出射的光进行聚光的第一聚光单元的实例；棒透镜阵列65，其作为经由聚光透镜64使从SLED63出射的光在感光鼓12的表面成像的第二聚光单元的实例；支撑件66，其在支撑棒透镜阵列65的同时将SLED63和聚光透镜64与外部屏蔽；以及板簧67，其朝向棒透镜阵列65的方向挤压外壳61。

外壳61由诸如铝、SUS或钢板等的金属块构成，并且支撑LED电路板62。另外，支撑件66支撑外壳61和棒透镜阵列65，并且支撑件66设定成这样：即，保持SLED63、聚光透镜64以及棒透镜阵列65彼此之间的预定光学位置关系。此外，支撑件66构造成密封SLED63和聚光透镜64。因此，支撑件66可以防止灰尘从外部附着于SLED63和聚光透镜64。另一方面，板簧67经由外壳61朝向棒透镜阵列65的方向挤压LED电路板62，从而保持SLED63、聚光透镜64以及棒透镜阵列65之间的光学位置关系。

按照这种方式构成的LPH14构造成可以通过调节螺钉(未示出)沿着棒透镜阵列65的光轴方向移动，并且LPH被调节为这样：即，棒透镜阵列65的成像位置(即，焦平面)位于感光鼓12的表面上。

如图3(LED电路板62的平面图)所示，由例如58个SLED芯片(CHIP1至CHIP58)构成的SLED63以高精度直线布置在LED电路板62上，并排列成与感光鼓12的轴向平行。在这种情况下，各SLED芯片交替地以犬牙格子状布置，使得在置于各SLED芯片(CHIP1至CHIP58)上的发光器件(LED)的阵列(即，LED阵列)的端部边界处，各LED阵列连续地布置在SLED芯片的连接部分处。

另外，LED电路板62设置有如下部件：信号生成电路100，其生成驱动SLED63的信号(驱动信号)；电平移动电路108；三端调节器101，其用于输出预定电压；EEPROM102，其用于存储SLED63的光量校正数据等；以及缆束103，其用于发送和接收控制单元30和图像处理单元35之间的信号并从主电源70接受电力供给。

这里，图4是示出SLED63的视图。在根据本示例性实施例的SLED63中，从信号生成电路100和电平移动电路108提供各种驱动信号。换言之，信号生成电路100可以生成：传输信号CK1R、CK1C、CK2R和CK2C，其沿着LED阵列将布置在构成SLED63的各SLED芯片上的各LED依次设定为发光状态；以及发光信号ΦI，其基于来自图像处理单元35的图像数据依次地使各LED发光。于是，信号生成电路100向电平移动电路108输出传输信号CK1R、CK1C、CK2R和CK2C，并可以向SLED63输出发光信号ΦI。

电平移动电路108具有这样的构造，即：电阻器R1B和电容器C1以及电阻器R2B和电容器C2分别并联地设置，并且各电阻器R1B、电容器C1、电阻器R2B和电容器C2的一端与构成SLED63的各SLED芯片的输入端连接，并且另一端与信号生成电路100的输出端连接。于是，电平移动电路108基于从信号生成电路100输出的传输信号CK1R、CK1C和传输信号CK2R、CK2C可以生成传输信号CK1和传输信号CK2，并且向各SLED芯片输出所生成的传输信号CK1和CK2。

另一方面，根据本示例性实施例的构成SLED63的各SLED芯片主要部件包括：例如128个闸流晶体管S1至S128，其作为开关元件；128个LED L1至L128，其作为光源的实例；128个二极管D1至D128；128个电阻器R1至R128；以及传输电流限制电阻器R1A和R2A，其分别用于防止过量的电流流过信号线路Φ1和Φ2。

各闸流晶体管S1至S128的阳极端子(即，输入端)A1至A128与电源线路55连接，并且经由电源线路55从三端调节器101(参见图3)将驱动电压VDD(VDD＝+3.3V)供应给阳极端子A1至A128。

另一方面，各闸流晶体管S1至S128的栅极端子(控制端)G1至G128经由与各闸流晶体管S1至S128对应地设置的电阻器R1至R128分别与电源线路56连接，并且经由电源线路56接地(GND)。

另外，来自信号生成电路100和电平移动电路108的传输信号CK1经由传输电流限制电阻器R1A发送到奇数的闸流晶体管S1，S3，…，S127的阴极端子(输出端)K1，K3，…，K127。另外，来自信号生成电路100和电平移动电路108的传输信号CK2经由传输电流限制电阻器R2A发送到偶数的闸流晶体管S2，S4，…，S128的阴极端子(输出端)K2，K4，…，K128。

此外，LED L1至L128的阴极端子与信号生成电路100连接，并且发光信号ΦI发送给LED L1至L128。

信号生成电路100可以在预定定时分别将传输信号CK1R和CK1C以及传输信号CK2R和CK2C从高电平(下面称为“H”)设定为低电平(下面称为“L”)，然后从“L”改变为“H”。因此，从电平移动电路108输出的传输信号CK1的电位反复地从“H”设定为“L”，然后从“L”设定为“H”，与该传输信号CK1相交替地从电平移动电路108输出的传输信号CK2的电位反复地从“H”设定为“L”，然后从“L”设定为“H”。因此，例如，在每个SLED芯片中，使奇数的闸流晶体管S1，S3，…，S127依次地执行关(off)→开(on)→关的传输操作。另外，使偶数的闸流晶体管S2，S4，…，S128按照该顺序依次地执行关→开→关的传输操作。因此，使闸流晶体管S1至S128以S1→S2→…，→S127→S128的顺序依次地执行关→开→关的传输操作，并且与此同步，信号生成电路100可以输出发光信号ΦI。因此，LED L1至L128以L1→L2→…，→L127→L128的顺序依次地发光。

这样，根据本示例性实施例的LPH14，在置于LED电路板62上的所有SLED芯片(CHIP1至CHIP58)中，各LED L1至L128以L1→L2→…，→L127→L128的顺序依次地发光，并且基于图像数据在感光鼓12上执行扫描曝光。

因此，根据本示例性实施例的LPH14，在LED电路板62上从信号生成电路100和电平移动电路108到各SLED芯片的配线的基本构造由用于发送传输信号CK1和CK2的两根信号线路以及用于发送发光信号ΦI的一根信号线路构成。

随后，将对在根据本示例性实施例的LPH14中构成的光学系统进行说明。

根据本示例性实施例的LPH14可以使用具有比常规情况小的孔径角的棒透镜阵列65，例如，在常规情况下形成为9°的孔径角。在本文中，孔径角是指相对于光轴上的物点(布置在SLED63上的LED)入射瞳的角度。因此，例如，在孔径角为9°的棒透镜阵列65中，相对于光轴以不大于±9°的角度入射的光到达通过棒透镜阵列65的像平面(感光鼓12的表面)。

图5是示出棒透镜阵列65的焦点深度与调制传递函数(MTF)之间的关系的视图。图5示出了针对空间频率12lp/mm(交替形成每1mm为12线和12间隙(12 lines and 12 spaces per 1mm))借助于MTF表示的孔径角为9°和孔径角为17°的棒透镜阵列65的焦点深度。

如图5所示，在使用孔径角为17°的常规棒透镜阵列65的情况下，用于实现MTF≥60％的焦点深度为±80μm。相反，在使用根据本示例性实施例的孔径角为9°的棒透镜阵列65的情况下，用于实现MTF≥60％的焦点深度扩大为±150μm。根据本示例性实施例的LPH14，使得棒透镜阵列65的孔径角小到例如9°，从而设定比常规情况大的焦点深度，例如，±150μm。

另外，根据本示例性实施例的LPH14，例如，使用具有比常规的工作距离远的工作距离的棒透镜阵列65，例如14mm或约14mm。在本文中，工作距离是指从棒透镜阵列65的输出表面(感光鼓12侧的表面)到图像侧焦点位置(感光鼓12的表面)的距离。根据本示例性实施例的棒透镜阵列65，通过适当地调节构成棒透镜阵列65的各棒透镜中的开口直径和在围绕光轴的径向上的折射率分布等，从而使得棒透镜阵列65的工作距离为14mm或约14mm。

这样，根据本示例性实施例的LPH14，通过使用例如孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65使得焦点深度设定为大(例如±150μm或约±150μm)，从而可以放宽棒透镜阵列65的布置精度。此外，通过使用例如工作距离为14mm或约14mm的棒透镜阵列65，可以将棒透镜阵列65布置成与感光鼓12间隔更大距离。

因此，当将感光体组件MOD安装在图像形成装置1的主体上或从图像形成装置1的主体上拆卸感光体组件MOD时，没有必要设置用于将LPH14从感光体组件MOD间隔的机构(所谓的缩回机构)。另外，LPH14可以实现难以受到调色剂等污染的构造，而且，当LPH14受到调色剂等污染时，可以确保用于清洁LPH14的部件的布置空间。

这里，图6是示出感光体组件MOD设置在图像形成装置1的主体上的状态的视图。在图6中，图中的左侧是图像形成装置1的正面侧并且该侧是对感光体组件MOD进行安装和拆卸操作的一侧。另外，图中的右侧是图像形成装置1的背面侧并且该侧是来自旋转驱动的驱动电动机的驱动传递到感光鼓12等的一侧。此外，根据本说明书，对于具有相同功能的部件，将字符“F”附加到数字后面表示设置在正面侧的部件，将字符“R”附加到数字后面表示设置在背面侧的部件。

如图6所示，在根据本示例性实施例的LPH14的外壳61上，设置有用于确定LPH14在棒透镜阵列65的光轴方向上的位置的抵靠部件35F和35R。另一方面，在用于支撑感光鼓12的感光体组件MOD中设置有与感光鼓12的旋转轴32同轴的定位部件36F和36R，该定位部件36F和36R通过与LPH14侧的抵靠部件35F和35R抵靠以确定棒透镜阵列65的光轴方向位置。此外，在图6中，省略了在除光轴方向位置以外的两个方向(即，感光鼓12的旋转轴32的方向和感光鼓12的副扫描方向)上定位LPH14的部件。

由于根据本示例性实施例的棒透镜阵列65具有大的工作距离(例如14mm)，因此可以将棒透镜阵列65的输出表面与设置在感光体组件MOD的背面侧的定位部件36R之间的距离(间隙)以及棒透镜阵列65的输出表面与设置在感光体组件MOD的背面侧的框架FRA之间的距离(间隙)设定得大。因此，当进行感光体组件MOD的安装和拆卸操作时，可以防止设置在感光体组件MOD的背面侧的定位部件36R和设置在感光体组件MOD的背面侧的框架FRA与棒透镜阵列65干涉。因此，没有必要设置用于将LPH14从感光体组件MOD间隔的机构。

另外，通过采用14mm的大工作距离，在棒透镜阵列65与感光鼓12之间形成设置清洁部件34的空间，该清洁部件34用于对棒透镜阵列65的输出表面进行清洁。另外，由于棒透镜阵列65的输出表面与感光鼓12之间的距离大，因此在感光鼓12的表面附近的调色剂云(toner cloud)很难附着到棒透镜阵列65的输出表面上。

此外，由于棒透镜阵列65的焦点深度设定得大(例如，±150μm或约±150μm)，因此，可以防止由于在棒透镜阵列65的光轴方向上的偏移而造成感光鼓12上形成的潜像的分辨率降低。因此，当将LPH14侧的抵靠部件35F和35R与感光体组件MOD侧的定位部件36F和36R彼此抵靠时，即使在棒透镜阵列65的光轴方向上发生偏移，这种偏移的容许范围也会扩大。因此，没有必要设置以高精度将LPH14定位在感光体组件MOD上的机构。

随后，将对下述构造进行说明：即，在根据本示例性实施例的LPH14中，通过使用其孔径角为例如9°或约9°的小孔径角且其工作距离为例如14mm的大工作距离的棒透镜阵列65，以防止入射到该棒透镜阵列65的光的光量降低的构造。

如图2所示，根据本示例性实施例的LPH14，在SLED63和棒透镜阵列65之间设置聚光透镜64，并且根据设置在SLED63中的LED与棒透镜阵列65之间的位置关系中的后面将要描述的预定设定条件设置聚光透镜64。因此，可以实现防止入射到棒透镜阵列65的入射光量的降低的光学系统，以防止下述两种情况：可入射到棒透镜阵列65的来自LED的输出光的输出角受到棒透镜阵列65的窄孔径角的限制；以及由于工作距离长(即，14mm)而导致来自LED的输出光扩散。

首先，作为第一设定条件，聚光透镜64设置成与设置在SLED63中的各LED相关的LED的发光表面接触。

图7A和7B是比较来自设置在SLED63中的LED(以下，可以简称为“LED”)的输出光入射到聚光透镜64中的状态的视图。图7A示出了聚光透镜64设置成与LED的发光表面接触的情况，图7B示出了聚光透镜64设置成与LED的发光表面间隔的情况。如图7A所示，在聚光透镜64设置成与LED的发光表面接触的情况下，来自LED的输出光几乎通过聚光透镜64的内部，以从输出表面朝向感光鼓12的方向输出。相反，如图7B所示，在聚光透镜64设置成与LED的发光表面间隔的情况下，在聚光透镜64与LED之间形成空气层，使得来自LED的输出光的一部分在聚光透镜64的入射表面受到反射。因此，通过聚光透镜64的内部从输出表面朝向感光鼓12的方向出射的光的光量降低相当于反射光的量。

这样，在根据本示例性实施例的LPH14中，通过将聚光透镜64设置成与LED的发光表面接触，可以防止从聚光透镜64的输出表面朝向感光鼓12的方向出射的光的光量的降低。

作为第二设定条件，LED设置在比聚光透镜64的输出表面的曲率中心(以下称为“曲率中心”)更远离聚光透镜64的输出表面的位置。

图8A～8C是比较从聚光透镜64的输出表面出射的光的光路的视图。图8A示出了LED设置在比曲率中心更靠近输出表面侧的位置的情况，图8B示出了LED设置在曲率中心的位置的情况，图8C示出了LED设置在比曲率中心更远离输出表面的位置的情况。

如图8A所示，在LED设置在比曲率中心更靠近输出表面侧的位置的情况下，从LED出射的光相对于聚光透镜64的输出表面比输出表面的法线(图中的虚线)更靠近光轴侧入射到聚光透镜64的输出表面。因此，在聚光透镜64的输出表面上，从LED出射的光在光扩散的方向上偏转。因此，从LED出射的光中入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65的光变为来自LED的输出角比±9°或约±9°小的范围的光，这样使得入射到棒透镜阵列65的入射光的光量降低。

另外，如图8B所示，在LED设置在曲率中心的情况下，从LED出射的光沿着法线(图中的虚线)入射到聚光透镜64的输出表面并沿着法线出射。换言之，入射到聚光透镜64的输出表面的入射角与来自输出表面的输出角相等。因此，从LED出射的光中入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65的光变为来自LED的输出角在±9°或约±9°的范围的光，这样使得入射到棒透镜阵列65的入射光的光量没有增加。

相反，如图8C所示，在LED设置在比曲率中心更远离输出表面的位置的情况下，从LED出射的光相对于聚光透镜64的输出表面比输出表面的法线(图中的虚线)更靠近光轴侧的相反侧入射到聚光透镜64的输出表面。因此，在聚光透镜64的输出表面上，从LED出射的光在光会聚的方向上偏转。因此，从LED出射的光中入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65的光变为来自LED的输出角比±9°或约±9°大的范围的光，这样使得入射到棒透镜阵列65的入射光的光量增加。

这样，在根据本示例性实施例的LPH14中，通过将LED设置在比聚光透镜64的曲率中心更远离输出表面的位置，来自LED的输出角比±9°或约±9°大的范围的光入射到棒透镜阵列65，从而增加入射到棒透镜阵列65的入射光的光量。

接下来，将详细说明在LED设置在比聚光透镜64的曲率中心更远离输出表面的位置的情况下，利用聚光透镜64的操作而使得入射到棒透镜阵列65的入射光增加。

图9A和9B是示出入射到棒透镜阵列65的入射光量的视图。图9A示出了在设置有聚光透镜64时入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65的来自LED的光的输出角，图9B示出了在未设置有聚光透镜64时入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65的来自LED的光的输出角。

首先，如图9B所示，当未设置有聚光透镜64时，由于棒透镜阵列65的孔径角为9°或约9°，因此在输出角为±9°或约±9°的范围(在图中为|θ|≤9°或约9°的区域)所出射的光入射到棒透镜阵列65中。

相反，如图9A所示，如果LED设置在比曲率中心更远离输出表面的位置，则在聚光透镜64的输出表面上，从LED出射的光在光会聚的方向上偏转(还可参见图8C)。因此，当设置有聚光透镜64时，在输出角为θ′＝±(9+Δ)°(Δ＞0)(即，图中为|θ′|≤(9+Δ)°的区域)的范围内从LED出射的光入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65中。因此，在LED设置在比曲率中心更远离输出表面的位置的情况下，以比输出角为±9°或约±9°大的输出角θ′出射的光也入射到棒透镜阵列65中，这样，与未设置有聚光透镜64的情况相比，入射到棒透镜阵列65的入射光量得到增加。

这里，图10是示出以9°或约9°的入射角入射到棒透镜阵列65的光在聚光透镜64内的光路的视图。在图10中，LED在光轴上的位置定义为Q，以9°或约9°的入射角入射到棒透镜阵列65的光在输出表面的位置定义为P，聚光透镜64的曲率中心定义为C。另外，由位置P的法线(图中的虚线)与光轴形成的角定义为α，来自LED的输出角定义为β(＝图9A中的θ′)，在位置P的入射角定义为θ1，输出角定义为θ2，聚光透镜64的折射率定义为n。

根据图10所示的三角CPQ的内角，θ1+β＝α  …(1)

此外，α＝9+θ2   …(2)

因此，根据式(1)和式(2)，

β＝9+(θ2-θ1)   …(3)

另一方面，根据斯涅尔定律，空气的折射率定义为1，

n·sinθ1＝sinθ2 …(4)

由于作为聚光透镜64的材料的诸如树脂和玻璃的折射率n通常为n＝1.4或约1.4至1.8或约1.8，因此根据式(4)，建立起θ2＞θ1的关系。结果，在式(3)中，建立起θ2-θ1＞0或约0的关系，因而建立起β＞9或约9的关系。因此，以比输出角为±9°或约±9°大的输出角出射的光也可以入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65中。

假定LED设置在入射角θ1为例如15°或约15°的位置。在这种情况下，假定聚光透镜64使用n＝1.6的材料，则由于sin15°＝0.2588，因此根据式(4)，建立起1.6×0.2588＝sinθ2的关系。

因此，在这种情况下，θ2＝24.1°以及θ2-θ1＝9°，根据式(3)，来自LED的输出角β＝18°。换言之，在孔径角为9°的棒透镜阵列65中，可以使用来自LED的输出角为18°的光。这意味着可以使用与使用孔径角为18°的棒透镜阵列65的情况等效的光量。

这样，通过适当地设定LED的布置位置以及聚光透镜64的曲率和折射率n等，使得与使用孔径角为17°的常规棒透镜阵列65的情况相同的光量或比此大的光量可以入射到棒透镜阵列65中。特别地，从增加入射到棒透镜阵列65中的入射光量的观点来看，优选的是，将LED与曲率中心之间的距离设定得大，以增加入射角θ1，并且聚光透镜64由折射率n大的材料构成。

作为第三设定条件，优选的是LED设置在比聚光透镜64的物侧焦点位置更远离输入表面侧的位置。另外，第三设定条件以后的设定条件是下述优选条件：即，除第一设定条件和第二设定条件之外通过设定该优选条件，以进一步防止入射到棒透镜阵列65的入射光量的降低。

图11是示出在LED设置在比聚光透镜64的物侧焦点更远离输出表面的位置的情况下将要从聚光透镜64的输出表面出射的光的光路的视图。如图11所示，在LED设置在比聚光透镜64的物侧焦点更远离输出表面的位置的情况下，从聚光透镜64的输出表面出射的光可能会会聚在棒透镜阵列65的入射表面上。此时，在棒透镜阵列65的入射表面上的聚光点位于棒透镜与棒透镜之间的情况下，来自LED的光不入射到棒透镜中。因此，入射到棒透镜阵列65中的入射光的光量降低。

相反，在LED设置在比聚光透镜64的物侧焦点位置更靠近输出表面侧的位置的情况下，从聚光透镜64的输出表面出射的光在光扩散(参见图8C)的方向上偏转，使得这些光相对于棒透镜阵列65没有在聚光透镜64侧会聚。

这样，在根据本示例性实施例的LPH14中，通过将LED设置在比聚光透镜64的物侧焦点更靠近输出表面侧的位置，可以防止产生来自LED的光不能入射到棒透镜的状态，并且可以防止入射到棒透镜阵列65的入射光的光量降低。

这里，可以考虑从聚光透镜64的外部的点(输出点)出射的光在聚光透镜64内成像的光学模式。在这种光学模式下，在输出点与聚光透镜64内的成像点之间建立起下式(5)的关系。换言之，假定聚光透镜64的曲率半径定义为R，聚光透镜64的折射率定义为n，在输出点侧的空间的折射率定义为n′，输出点与聚光透镜64的表面之间的距离定义为L1，聚光透镜64的表面(输出表面)与成像点之间的距离定义为L2，

n′/L1+n/L2＝(n-n′)/R  …(5)

因此，在输出点位于空气(n′＝1)中的情况下，根据式(5)，聚光透镜64的输出表面与聚光透镜64的焦点之间的距离F(＝L2)表示如下，即，

F＝nR/(n-1)             …(6)

其中L1＝∝

结果，在满足第三设定条件的情况下，根据式(6)，LED设置在相对于聚光透镜64的输出表面位于nR/(n-1)内的位置处。

另外，在LED的设置位置与聚光透镜64的曲率中心之间的距离定义为T(参见图8C)，并且与聚光透镜64的输出表面分离的方向定义为正(+)的情况下，上述第二设定条件为T＞0。因此，在设定成满足第二设定条件和第三设定条件两者的情况下，根据式(6)，

0＜T＜nR/(n-1)-R

换言之，

0＜T＜R/(n-1)…(7)

因此，在根据本示例性实施例的LPH14中，在设定第二设定条件和第三设定条件两者的情况下，LED设置在满足式(7)的距聚光透镜64的曲率中心距离为T的位置处。

接下来，作为第四设定条件，优选的是，LED设置成使得在相对于光轴以绝对值不大于9°从聚光透镜64的输出表面出射的光从下述区域出射：即，LED的输出光的强度变为不小于在LED的输出光的强度为最高的光轴方向上的光强度的1/2的区域。

图12是示出从LED出射的光的强度I与从LED出射的输出角γ之间的关系的视图。如图12所示，一般而言，从LED出射的光的强度由输出角γ的方向决定，并且对于输出角γ的光强度I形成具有以通过作为发光点的LED的光轴为直径的球。因此，如图12所示，在LED的输出光的强度变为不大于在LED的输出光的强度为最高的光轴方向上的光强度的1/2的区域(即球的下半球)，光强度I小。

因此，在根据本示例性实施例的LPH14中，优选的是，LED设置成使得在相对于光轴以不大于9°从聚光透镜64的输出表面出射的光从图12示出的球的上半球出射，即，LED的输出光的强度变为不小于在LED的输出光的强度为最高的光轴方向上的光强度的1/2的区域。因此，可以有效地使用来自LED的输出光。

作为第五设定条件，优选的是设置光阑68，该光阑68用于遮蔽相对于光轴以绝对值大于9°或约9°的出射角从聚光透镜64的输出表面出射的光。

图13是示出根据本示例性实施例的光阑68的视图。如图13所示，在根据本示例性实施例的LPH14中，用于遮蔽以绝对值大于9°或约9°的出射角出射的光的光阑68设置在一个聚光透镜64与另一个聚光透镜64之间。以绝对值大于9°或约9°的出射角将要出射的光不直接入射到孔径角为9°或约9°的棒透镜阵列65中，然而，可以假定这些光在聚光透镜64的输出表面等受到反射并入射到棒透镜阵列65中。在这种情况下，由于反射光引起的串扰，例如，可能会产生诸如图像紊乱或渗色等的图像不良。

因此，为了防止由于串扰而产生图像不良，优选的是，在一个聚光透镜64与另一个聚光透镜64之间设置用于遮蔽以绝对值大于9°或约9°的出射角出射的光的光阑68。

作为第六设定条件，优选的是，相对于光轴以±9°或约±9°从聚光透镜64的输出表面出射的来自各LED的光位于棒透镜阵列65的入射表面上，使得不超出与位于LED的光轴上的棒透镜邻接的棒透镜所设置的范围。

图14A是示出以±9°从聚光透镜64的输出表面出射的来自LED的光的光路的视图。图14B是示出来自LED的光不超出与位于LED的光轴上的棒透镜邻接的棒透镜所设置的范围的条件的视图。

在图14A中，棒透镜Ren(0)位于LED的光轴上，与该棒透镜Ren(0)邻接地设置有棒透镜Ren(1)和棒透镜Ren(-1)。此外，与这些棒透镜Ren(1)和棒透镜Ren(-1)邻接地设置有棒透镜Ren(2)和棒透镜Ren(-2)。在这种情况下，在根据本示例性实施例的LPH14中，相对于光轴以±9°从聚光透镜64的输出表面出射的来自LED的光构造成不超出棒透镜Ren(1)和棒透镜Ren(-1)所设置的位置。换言之，该来自LED的光构造成不到达棒透镜Ren(2)和棒透镜Ren(-2)所设置的位置。

如以此方式构造的，可以防止从LED出射的光越过相对的棒透镜Ren(0)以及与该棒透镜Ren(0)邻接的棒透镜Ren(1)和棒透镜Ren(-1)扩散。因此，当从LED出射的光分别通过在成像性具有色散的多个棒透镜Ren时，可以防止来自棒透镜阵列65的方向中的输出光量的色散变大。

这里，作为来自LED的光不超出与位于LED的光轴上的棒透镜的棒透镜所设置的范围的条件，如图14B所示，将LED与入射之间的距离定义为D，棒透镜Ren的外径定义为d1，棒透镜Ren的相互间隔定义为d2，从光轴到棒透镜Ren(1)的外边缘的距义为d，建立起下列公式，即，

D·tan9°＝d           …(8)

d＝1.5d1+d2            …(9)

因此，根据式(8)和(9)，代入tan9°＝0.1584，

D.1584·D＝1.5·d1+d2  …(10)

这样，设定LED与棒透镜阵列65的入射表面之间的距离D、镜Ren的外径d1以及棒透镜Ren之间的相互间隔d2，以满足式 。因此，来自LED的光构造成不超出与位于LED的光轴上的镜邻接的棒透镜所设置的范围。

随后，将说明用于形成根据本示例性实施例的LPH14中的聚光64的方法。在根据本示例性实施例的LPH14中，例如，利用打印机形成聚光透镜64。换言之，从喷墨打印机的喷嘴喷射预的紫外线固化树脂，该紫外线固化树脂直接附着在LED电路板的SLED63(参见图3)设置的各LED的表面上。在这种情况附着在LED的表面上的紫外线固化树脂的外表面由于表面张力成为透镜形状。然后，从紫外线灯等将紫外线照射在所有LED紫外线固化树脂，以使这些紫外线固化树脂固化。因此，可以形置有与各LED接触的聚光透镜64的LPH14。

在这种情况下，可以使用绝缘材料作为形成聚光透镜64的材料。可以防止在LED电路板62上的SLED63中发生电信号泄漏。

如上所述，在根据本示例性实施例的LPH14中，聚光透镜64在SLED63与棒透镜阵列65之间，并且聚光透镜64按照预定条件设置。因此，可以防止下述情况：即，可入射到棒透镜阵列来自LED的输出光的输出角受到棒透镜阵列65的窄孔径角的；以及由于长的工作距离导致来自LED的输出光的扩散而使入棒透镜阵列65中的入射光量降低。

因此，当将感光体组件MOD安装到图像形成装置1上或将感光件MOD从图像形成装置1拆卸时，不必要设置用于将LPH14光体组件MOD间隔的机构，从而可以实现图像形成装置1的简低成本的构造。另外，在棒透镜阵列65和感光鼓12之间可以设于清洁棒透镜阵列65的输出表面的清洁部件34，并且可以实现容易地去除棒透镜阵列65上的导致图像不良的污染物的构造。，可以实现污染物难以附着到棒透镜阵列65上的构造。另外，在聚光透镜64根据预定设定条件设置在SLED63与棒透列65之间的本示例性实施例的LPH14中，也可以使用例如具径角为17°的常规棒透镜阵列作为棒透镜阵列65。在这种情况可以使用具有低光量的SLED63。此外，由于可以增加入射到棒阵列65中的入射光量，因而可以实现图像形成装置1的高速化。

另外，根据本示例性实施例，对LED用作光源的构造进行了说然而，也可以使用平面发光激光器作为光源。

上面出于举例和说明的目的已经提供了对本发明的示例性实施例明。这并不表示上述实施例是排他性的或者本发明只限于所公开确形式。很显然，本领域的技术人员将会很清楚很多修改和变化。所选择和说明的示例性实施例是为了更好地解释本发明的原理实际应用，由此使本领域的其它技术人员能够理解本发明的各种例以及适合于所设计的具体应用的各种修改形式。本发明的范围面权利要求书及其等同物的限定。

Claims (12)

1. 一种曝光装置，包括：

多个光源；

第一聚光单元，其设置成与各光源的发光表面接触，用于对从所述多个光源出射的光进行聚光；以及

第二聚光单元，其对从所述第一聚光单元出射的来自各光源的光进行聚光，

其中，所述第一聚光单元构造成：其出射来自所述光源的光的输出表面的曲率中心比所述光源的设置位置更靠近所述第二聚光单元侧。

2. 根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述第一聚光单元的物侧焦点相对于所述光源的设置位置位于所述第二聚光单元的相反侧。

3. 根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述第一聚光单元构造成：从所述输出表面以不大于所述第二聚光单元的孔径角的输出角出射的光被设定成具有不小于从所述光源出射的光的最大强度的1/2的强度。

4. 根据权利要求1所述的曝光装置，还包括：

遮蔽部件，其遮蔽从所述第一聚光单元以不小于所述第二聚光单元的孔径角的角度出射的光。

5. 根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述第一聚光单元由绝缘材料构成。

6. 根据权利要求1所述的曝光装置，其中，

所述第二聚光单元包括多个成直线排列的折射率分布型透镜部件，并且

所述第二聚光单元设定成：来自于所述光源的从所述第一聚光单元出射到沿排列方向设置的四个或更多个所述折射率分布型透镜部件中的入射光受到限制。

7. 一种图像形成装置，包括：

图像保持体；以及

曝光单元，其对所述图像保持体进行曝光，

其中，所述曝光单元包括：

多个光源；

第一聚光单元，其设置成与各光源的发光表面接触，用于对从所述多个光源出射的光进行聚光；以及

第二聚光单元，其对从所述第一聚光单元出射的来自各光源的光进行聚光，

其中，所述第一聚光单元构造成：其出射来自所述光源的光的输出表面的曲率中心比所述光源的设置位置更靠近所述第二聚光单元侧。

8. 根据权利要求7所述的图像形成装置，其中，

所述第一聚光单元的物侧焦点相对于所述光源的设置位置位于所述第二聚光单元的相反侧。

9. 根据权利要求7所述的图像形成装置，其中，

所述曝光单元还包括遮蔽部件，所述遮蔽部件遮蔽从所述第一聚光单元以不小于所述第二聚光单元的孔径角的角度出射的光。

10. 根据权利要求7所述的图像形成装置，其中，

所述图像保持体构造成：相对于所述第二聚光单元的光轴方向可在保持与所述曝光单元的间隔的状态下拆卸。

11. 根据权利要求7所述的图像形成装置，还包括：

清洁部件，其设置在所述图像保持体与所述曝光单元之间，并且相对于所述第二聚光单元的光轴方向在不改变所述图像保持体与所述曝光单元之间的间隔的情况下，清洁所述第二聚光单元的输出表面。

12. 根据权利要求7所述的图像形成装置，其中，

所述曝光单元的所述光源包括：

输入端，其输入来自电源的电力；

输出端，其输出所输入的电力；以及

控制端，其输入控制信号，所述控制信号用于从所述输出端输出所输入的电力；

其中，所述光源与开关元件连接，所述开关元件在所述控制信号输入所述控制端时保持接通状态，并将所述光源设定为可发光状态。

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